第五章 多电子原子：泡利原理

原子物理学课件(第五章 多电子原子),为学习原子物理的同学送上详细的学习资料!

第五章 多电子原子：泡利原理一、氦原子光谱的实验规律 二、两个价电子的原子矢量模型(理论解释) 三、氦原子的能级 四、辐射跃迁的选择定则 五、氦原子光谱线系 六、亚稳态和泡利原理 七、元素周期表

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一、氦原子光谱实验规律1.具有原子光谱的一般规律； 2.谱线也分为主线系,第二辅线系，第一辅线系 和柏格曼线系；

3.特殊性:两套光谱 单线系(紫外区和远紫外区)

三重线系或有复杂结构的线系(三分线 或六分线) (红外区)。

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推论:有两套能级

一套是单层能级

另一套是三层能级(两套之间无跃迁)

注意:任何具有 两个价电子的原子或离子都与氦原子的光谱和能级结构相类似 。

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氦

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二、两个价电子的原子矢量模型(理论解释) 1.电子组态: 处于一定状态的若干个(价) 电子的组合。 氦原子基态: 1s1s 镁原子基态: 3s3s 第一激发态: 1s2s 第一激发态: 3s3p

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2.两个电子之间的相互作用:

s1G1

G3G6 G5G4

l1

G1(s1s2),

G2( 1 2), G4(s2 2), G6( 2s1)。

G 2 G (s ), 3 1 1

s2

l2

G5( 1s2),

一般情况下， G5 ,G 6 很小，可忽略。

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3.一定电子组态可能构成的的原子态.原子矢量模型: A、L-S耦合法:

适用条件:两个电子自旋之间的相互作用和两个电子 的轨道 之间的相互作用，比每个电子自身 的旋--轨相互作用强。即 G1(s1s2), G2( 1 2), 比G3(s1 1), G4(s2 2), 要强得多。

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耦合法则：(1)

PS PS1 PS2

p s1 ps 2 ps

s1 ( s1 1) , s s2 ( s2 1) , s s( s 1) , s s s ,

ps 0, ps

2

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(a)

(b)

(a)自旋平行的三重态

(b)自旋反平行的单态

电子自旋组态

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(2)

PL P 1 P 2p 1 1 ( 1 1) p 2 2 ( 2 1) p L L(L 1) , 1=0,1,2 n1-1 , 2=0,1,2 n2-1

, L= 1+ 2, 1+ 2-1 | 1- 2|

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当 l > l 时,L共有2 l +1个可能值;1 1

当 l < l 时,L共有2l +1个可能值;2

2

2

1

PLPl 1

Pl 1

P1 l

PL

Pl 2

5

PL

3

1

Pl 2(c)

P2 l(b)

(a)

轨道角动量矢量合成

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(3)

PJ PS PLPJ J ( J 1) , J L S L S当L>S时,每一对L和S共有2S+1个J值;

当L<S时,每一对L和S共有2L+1个J值.

由于S有两个值：0和1,所以对应于每一个不为 零的L值，J值有两组， 一组是当S=0时，J=L; 另一组是当S=1时，J=L+1,L,L-1。

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耦合实质：产生附加的运动

PJPL

PL 2

PL1

PS 2 PS PS 1

LS耦合的矢量图

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原子态的标记法 (s=0 )1(s=1 )3

2 S 1

LJ

L+1, L, L-1(S=1)

L(S=0)

0 1 2 3 4S P DF G

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例题：求一个P电子和一个d电子(n1pn2d)可能

形成的原子态。S= 01 1 1

13 3 3

L=12 3

P1 D2 F3

P0,1, 2 D1, 2,3 F2,3, 4

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洪特定则：从同一电子组

态形成的诸能级中，

(1)那重数最高的，亦即S值最大的能级位置最低；(2)从同一电子组态形成的，具有相同S值的能级

中 那具有最大L值的位置最低。

朗德间隔定则：在一个多重能级的结构中，能级的二相邻间隔同有 关J值中较大那一值成正比。

洪特生平简介

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1 1

P1 D2 F3

S=0, 单一态

1

3

P 0 P 1 P 2 D3 D2 D1 F4 F3 F2

pd

3 3 3 3 3 3 3 3

PD

S=1, 三重态

F

p电子和d电子在LS耦合中形成的能级

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B、j--j耦合法：适用条件：每个电子自身的旋轨作用比两个 电子之间的自 旋或轨道运动相互 作用强得多。 即G3(s1 1), G1(s1 s2) , G4(s2 2) 比

G2( 1 2)强得多。